EXAMENSARBETE. Laboratoriepackning och materialseparationsförsök på ett krossat filtermaterial. Carolina Westdahl 2013

Transkript

1 EXAMENSARBETE Laboratoriepackning och materialseparationsförsök på ett krossat filtermaterial Carolina Westdahl 2013 Civilingenjörsexamen Väg- och vattenbyggnadsteknik Luleå tekniska universitet Institutionen för samhällsbyggande och naturresurser

2 EXAMENSARBETE LABORATORIEPACKNING OCH MATERIALSEPARATIONSFÖRSÖK PÅ ETT KROSSAT FILTERMATERIAL Carolina Westdahl Luleå 2013 Avdelningen för Geoteknologi Institutionen för Samhällsbyggnad och Naturresurser Luleå tekniska universitet LULEÅ

3

4 Förord Förord Detta examensarbete är den avslutande delen på min civilingenjörsutbildning inom Väg- och vattenbyggnad vid Luleå Tekniska Universitet. Examensarbetet motsvarar 30 högskolepoäng och är utfört under perioden september 2012 till mars Trots att examensarbetet inte alltid har gått som önskat har det varit otroligt lärorikt och har gett mig många erfarenheter, som jag kommer ta med mig vidare ut i arbetslivet. Detta examensarbete hade inte gått att genomföra utan hjälp. Jag vill därför börja med att tacka Univ. Lektor Tommy Edeskär, min examinator/handledare, och min andra handledare Adj. Professor Peter Viklander för stort engagemang och goda råd. Även tack till Vattenfall som tillhandahållit material för laboratoriearbete och till Svenskt vattenkraftcentrum, SVC, som gjort examensarbetet möjligt. För den fantastiska möjligheten att använda geotekniklaboratoriet och för hjälp med laborationshandledning skänker jag ett stor tack till all personal vid Complab och Kerstin Pousette. Till alla fantastiska studiekamrater och engagerade lärare under tiden här på LTU ett hjärtligt tack. Utan er hade tiden inte gått så fort. En stor kram och tack går självklart även till min familj och sambo som alltid finns där för mig och tror på mig. Utan er hade jag inte varit här idag. Luleå, mars 2013, Carolina Westdahl I

5

6 Sammanfattning Sammanfattning Dagens standarder vid byggnation med krossat bergmaterial baseras på naturliga material trots att skillnader förekommer mellan materialen. Naturgrusets jämna och rundade korn skiljer sig från det krossade materialets kantiga och råa yta och ger på så sätt olika egenskaper för materialet. När naturgrus packas glider de runda kornen lätt på varandra och man erhåller ett bättre packat material medan kornen i det krossade materialet hakar fast i varandra och materialet erhåller sämre packning än det naturliga även om samma packningsenergi används. I detta examensarbete har laboratoriearbete utförts på ett krossat finfiltermaterial till en vattenkraftsdamm. Syftet är att studera effekten av packningsarbetet med avseende på porositet och metoder för att studera materialseparation. Materialseparation innebär en omfördelning i kornstorleksfördelning för ett material som resultat av hantering och packning. Materialseparation leder till att man erhåller ett inhomogent material, vilket kan leda till att stabiliteten för konstruktionen försämras. Det finns idag ingen standardiserad metod för att undersöka ett materials separationsbenägenhet, därför har det i detta examensarbete testas två metoder för att undersöka om materialseparation uppkommer. Vid laboratoriearbetet har det framkommit att när ett krossat finfiltermaterial packas med dubbel packningsenergi, jämfört med standardenergi, erhålls högre torrdensitet samt lägre luftporhalt redan vid lägre vattenkvot. För försöksuppställningarna där materialseparation studeras har endast försöksuppställning 2, där materialet fick vibrera inbundet i en cylinder, visat sig vara en lämplig metod även om mycket kan utvecklas för att ytterligare förbättra resultaten. Som till exempel att vibrera materialet i en genomsynlig cylinder för att lättare studera vad som sker samt kunna mäta de olika lager som bildas. III

7

8 Abstract Abstract In construction with crushed rock materials today s standards are based on natural materials, although differences exist between the materials. The particle of natural gravel is smooth and rounded, unlike the squared and rough surface of crushed material thus providing differing features. When gravel is compacted the round particles easily slide against each other, creating a compact material. The rough particles of the crushed material grip into one another, and the material receives less compaction than natural gravel although the same compaction energy is used. In this master thesis, laboratory work has been performed on a crushed fine filter material for a hydropower dam. The aim is to study the effects of compaction work with respect to porosity and methods for studying the material separation. Material segregation leads to inhomogeneous material - which may cause stability problem in the construction. There is currently no standardized method to examine the tendency for material segregation; therefore two methods will be tested in this master thesis to examine if material segregation occurs. The laboratory work shows that when a crushed fine filter material is compacted with double compaction energy compared to standard energy, it obtained a higher dry density and lower air-void content, already at lower water content. Only setup 2, where the material was vibrating in a cylinder, turned out to be an appropriate method for study material segregation, although much can be improved for enhanced results. Such as use a transparent cylinder that gives opportunity to see what occurs and measure layers that are formed. V

9 Innehållsförteckning Innehållsförteckning FÖRORD... I SAMMANFATTNING... III ABSTRACT... V INNEHÅLLSFÖRTECKNING... VI ORDLISTA... IX BETECKNINGAR... XI 1 INLEDNING BAKGRUND SYFTE & MÅL INFÖR LABORATORIEFÖRSÖKEN IDENTIFIERADES FÖLJANDE FRÅGESTÄLLNINGAR: METOD Litteraturstudie Laboratoriearbete Tolkning av data AVGRÄNSNINGAR LITTERATURSTUDIE BAKGRUND MATERIAL Naturgrus Krossat bergmaterial Jämförelse mellan naturgrus och krossat bergmaterial ANVÄNDNINGSOMRÅDEN FÖR KROSSAT BERGMATERIAL Vägbankar Betong JORDENS UPPBYGGNAD Portal och porositet FYLLNINGSDAMMAR VI

10 Innehållsförteckning Byggnation av dammar Packning Materialseparation Filterkriterier Inre erosion KORNSTORLEKSFÖRDELNING OCH ANALYS AV PARTIKELSTORLEK MINERALOGI Fritt glimmer LABORATORIEARBETE VAL AV MATERIAL Platsbesök Hantering av materialet LABORATORIEMETODER Vattenkvot Kornfördelning Sedimentationsanalys Kompaktdensitet Proctorpackning Vattenmättnadsgrad MATERIALSEPARATION Försöksuppställning Försöksuppställning RESULTAT VATTENKVOT KORNFÖRDELNING PROCTORPACKNING LUFTPORHALT PORTAL OCH POROSITET MATERIALSEPARATION Försöksuppställning Försöksuppställning MINERALOGI ANALYS LITTERATURSTUDIEN LABORATORIEARBETE MATERIALSEPARATION Försöksuppställning Försöksuppställning DISKUSSION LABORATORIEARBETET Observationer VII

11 Innehållsförteckning Fortsatta studier Kompaktdensitet MATERIALSEPARATION Observationer Framtida arbete TANKAR UNDER ARBETETS GÅNG SLUTSATSER REFERENSER BILAGA A BILAGA B VIII

12 Ordlista Ordlista Ballast Naturgrus eller krossat berg som används till att bygga vägar och järnvägar samt för att tillverka asfalt och betong. D x kornstorlek för filtermaterialet. Där x är den procentuella mängden av en viss fraktion. d x kornstorlek för basmaterialet. Där x är den procentuella mängden av en viss fraktion. Ensgraderat material homogent material med fraktioner av liknande storlek utan stor spridning. Finfilter har till uppgift att förhindra erosion från tätkärnan. På grund av detta anpassas finfiltret efter tätkärnan. Finpartiklar/finmaterial/filler material med partikelstorlek < 0,063 mm. Konsolidering den långtidsättning som orsakas av utpressning av porvatten under inverkan av konstruktionens egenvikt och eventuella övriga laster. Månggraderat material - material med stor spridning av fraktionsstorlekar. Skiffrigt benämning på egenskap för bergarter som klyvs i parallella plan. Språnggraderat material när kornfördelningskurvan har ett språngartat utseende, där en eller flera mellanliggande fraktioner saknas. IX

13

14 Beteckningar Beteckningar Beteckning Förklaring Enhet ρ d torrdensitet g/cm 3 ρ max maximal torrdensitet g/cm 3 ρ s kompaktdensitet g/cm 3 ρ w vattnets densitet g/cm 3 ρ skrymdensitet g/cm 3 e portal n porositet % V p porvolym cm 3 V s fasta fasens volym cm 3 V totala volymen cm 3 m s fasta fasens massa g m w massa för vatten g w vattenkvot % XI

15 Beteckningar L p luftporhalt % S r vattenmättnadsgrad P E packningsenergi Nm/m 3 S m storleksmodulen eng: size modulus C C krökningstal C U graderingstal XII

16 Inledning 1 INLEDNING I rapportens inledning beskrivs bakgrunden och syftet med detta examensarbete. Vidare i denna del presenteras tillvägagångssätt och avgränsningar för att nå de uppsatta målen. 1.1 Bakgrund Sveriges regering antog år nationella miljökvalitetsmål. Ett av dessa mål är Grundvatten av god kvalitet vilket syftar till att användning av mark och vatten inte får medföra negativa konsekvenser för grundvattnet. Ett led i att uppfylla detta mål är att bevara naturgruset där filtrering av grundvatten och ytvatten sker, [Miljömål, 2012]. Naturgrus används idag till många anläggningsarbeten, såsom fyllningsmaterial i väg- och järnvägsbankar, byggnation av dammar med mera. På grund av miljökvalitetsmålet har branschen mer och mer övergått till att använda krossat bergmaterial och alternativa material i stället för naturgrus. Lagerblad et al. [2011] skriver att de tekniska egenskaperna för de olika materialen skiljer sig något. En generell skillnad mellan krossat berg och naturgrus är att det krossade berget är mer flisigt och innehåller mer finmaterial än naturgrus, [Lagerblad et al., 2011]. På grund av flisigheten i det krossade bergmaterialet har undersökningar visat att när man behandlat materialen lika blir inte packningsgraden samma för de båda materialen, Lagerblad et al. [2011]. Winsa [2013] visar problemet i sitt examensarbete där krossat material och naturligt material med samma kornfördelningskurva har packats med samma packningsenergi. 1

17 Inledning Vid utläggning av material sker lätt materialseparation, vilket är till nackdel för konstruktionens livslängd. Eftersom man erhåller ett inhomogent material där svaghetszoner lättare kan uppstå. För att undvika detta finns flertalet rekommendationer som branschen måste följa. [Forssblad, 2000] & [Vattenfall, 1988] Enligt Sveriges Geologiska Undersökning [SGU, 2000] definieras naturgrus, som en jordart som bildats genom isälvsavlagring, svallsediment, älvsediment eller vindavlagringar. Jordarterna är naturligt sorterade på grund av dess bildningsätt och innehåller fraktioner som sand, grus och sten. Naturgrus är en ändlig resurs som inte nybildas och kommer i och med detta att ta slut. Som skrivet tidigare är redan känd skillnad mellan krossat bergmaterial och naturligt stenmaterial att det krossade material inte erhåller samma packningsresultat som det naturgrus vid samma packningsarbete, Lagerblad et al [2011]. Det är därför av intresse att ta reda på om det går att erhålla samma packningsresultat på de båda materialen. I och med miljömålet syfte med att minska uttaget av naturgrus ökar uttagen av krossat bergmaterial i och med att det i många fall kan ersätta naturgruset. Det finns dock problemet med att gå över från naturgrus till krossat bergmaterial. Ett av dessa är att de rekommendationer som är praxis i anläggningsbranschen är baserade på naturligt material. När övergången från naturgrus till krossat bergmaterial har skett har ingen förändring av rekommendationerna skett och alltså har ingen hänsyn till egenskaperna för det krossade materialet gjorts. När begreppet krossat bergmaterial används i examensarbetet menas krossat bergmaterial som lossgjorts från berg och sedan krossats till önskad fraktion. Med materialseparation menas ett ej homogent material. Det icke homogena materialet har fått andra egenskaper än vad som var tänkte från början. De förändrade egenskaperna är oftast negativa och leder till försämrad stabilitet och förkortad livslängd för konstruktionen. 1.2 Syfte & Mål Examensarbetets syfte är att genom laboratorieförsök studera packningsresultat och materialseparation för ett krossat bergmaterial. 2

18 Inledning Syftet med att studera materialseparation är att undersöka om det sker en materialseparation vid hantering och packning av krossat bergmaterial. Genom att studera litteratur om krossat bergmaterial och naturgrus har skillnader mellan materialen undersökts. Detta har gjorts för att få en ökad förståelse och kunskap om de skillnader som finns mellan materialen. De skillnader som förekommer förklaras i arbetet, även i vilken utsträckning skillnaderna påverkar packningsegenskaperna och materialseparation kvantifieras. Slutsatserna från försöken ska kunna användas av anläggningsbranschen för ökad kunskap om hur krossade bergmaterial påverkas vid hantering och packning. Målet med detta examensarbete är att genomföra packningsförsök för att studera koppling mellan packningsenergi och resulterande porositet. Materialet kommer att packas med en standard packningsmetod (standard packningsenergi) för att sedan använda samma packningsmetod men med dubbelpackningsenergi. Två olika försöksuppställningar kommer att tas fram för att studera möjligheten till att studera materialseparation. I försöksuppställningarna studeras om någon materialseparation sker och i så fall att kvantifiera i vilken utsträckning den sker. 1.3 Inför laboratorieförsöken identifierades följande frågeställningar: Vad händer med porositeten om packningsenergin fördubblas? Om porositeten minskar, hur mycket minskar den? Blir luftporhalten tillräckligt lågt för dammar vid standardiserad packning? Hur ska inledande försök till att studera materialseparation genomföras? 1.4 Metod För att få svar på de frågor som ställs i detta arbete har litteraturstudie och laboratoriearbete genomförts. Utifrån litteraturstudien har en sammanställning utförts och utifrån resultaten från laboratoriearbetet har en analys genomförts. 3

19 Inledning Litteraturstudie Vid litteraturstudien används böcker, rapporter, artiklar samt tidigare examensarbeten och dess referenser vilka berör ämnena: krossat berg, naturgrus, laboratoriearbete, packning och materialseparation att studeras. Målet med detta var att sammanställa befintlig kunskap om materialen och för att kunna tolka resultaten från laboratoriearbeten. Kunskap om resultatens betydelse för anläggningsbranschen har också sökts. I litteratur kan ordet materialseparation även benämnas stenseparation men eftersom sten är en fraktionsindelning kan detta ord vara missvisande och därför används materialseparation i detta examensarbete. I engelsk/internationell litteratur används engelskans material segregation Laboratoriearbete För att få fram data att analysera har laboratorieförsök utförts under hösten och vintern 2012/2013. Det laboratoriearbete som har genomförts är bestämning av packningsegenskaper för ett krossat bergmaterial vid standard packningsmetod samt packningsegenskaperna för materialet när packningsenergi fördubblas. För att kunna jämföra packningsresultat mellan materialen har grundläggande geotekniska undersökningar genomförts. Även laboratoriearbete där materialseparation studerats har genomförts. Det finns inga standardmetoder för att studera materialseparation, istället har en laboratoriemetod arbetas fram där materialseparation har studeras. I laboratoriearbetet har grundläggande geotekniska egenskaper undersökts för ett krossat bergmaterial. För att jämföra de olika packningsegenskaperna med varandra har parametrarna torrdensiteten, ρ d, och portalet, e, använts. Vid undersökning av materialseparation är det viktigt att efterlikna verkligheten för det krossade materialet. Från losshållning, matning, krossning och siktning till sortering och lagring. För att transportera det till användningsområdet där det slutligen läggs ut och packas Tolkning av data Resultaten från de utförda laboratoriearbetena har tolkats, i första hand med hjälp av diagram, för att kunna användas i en jämförande studie. Vid separationsförsöken har även okulärbesiktning och fotoanalys genomförts. 4

20 Inledning 1.5 Avgränsningar För att få fram jämförbara resultat har endast ett krossat finfiltermaterial, som används vid byggnation av dammar, undersökts och utförts laboratoriearbete på. Laboratoriearbetet är begränsat till kornfördelning, pyknometer och proctorpackning. För kontroll av materialseparation har laboratoriearbetet begränsas till kornfördelning och vibrationsförsök. 5

21

22 Litteraturstudie 2 LITTERATURSTUDIE I detta kapitel förklaras bakgrunden till examensarbetet. De ingående materialen beskrivs för att få en ökad förståelse för materialen. Områden där materialet används och även olika problem som kan uppstå vid utläggning, packning samt färdig installation beskrivs. Även konsekvenserna av felaktig hantering och utläggning av materielen framställs. 2.1 Bakgrund Det finns två huvudorsaker till varför det här examensarbetet är aktuellt. Den första är regeringens uppsatta miljökvalitetsmål Grundvatten av god kvalitet. Det andra är gruvindustrins vilja att kunna använda det gråberg som lossgörs vid brytning av malm. Regeringens miljökvalitetsmål [Miljömål, 2011] Grundvatten av god kvalitet, har uppkommit på grund av att det idag är brist på naturligt grundvatten på vissa platser i Sverige. Det är därför viktigt att skydda de dricksvattentäkter, i form av åsar och andra geologiska formationer, som finns kvar. Naturgrus är en ändlig resurs och uttaget av naturgrus skall därför minimeras och ersättas med krossat bergmaterial, morän eller återanvänt material. Inom de olika målen finns indikatorer som är mätbara och förmedlar information på ett sätt som gör att man kan följa upp hur miljön mår och om miljöarbetet går i rätt riktning. En av dess indikatorer inom Grundvatten av god kvalitet är just grusanvändning, [Miljömål, 2011]. Gruvindustrin vill ta vara på gråberget som lossgörs vid brytning för att komma åt malmen. Från anrikningen av malm kommer restprodukten anrikningssand, som tillsammans med vatten, pumpas ut i stora anrikningsdammar. Eftersom 7

23 Litteraturstudie kraven på materialen, som man bygger dessa anrikningsdammar av, är hårda används idag till stor del naturgrus. Man vill nu alltså använda gråberget istället, både på grund av kostnader och materialtillgången. Hellman [2011] skriver att regelverken som finns idag är baserade på försök på naturgrus men när nu marknaden är på väg över till att använda krossat bergmaterial blir det problem eftersom krossat material på grund av till exempel kornform och yttextur har andra egenskaper än naturgrus. Övergången från naturgrus till krossat bergmaterial har inom vägsektorn redan skett. Den stora skillnaden som man märkt där är att de kantiga kornen av krossat material griper i varandra bättre än de runda stenarna i naturgruset. När man belastar bärlagret leder det till att det krossande berget stabiliseras medan naturgruset runda korn glider undan, Sveriges bergmaterialindustri [SBMI, 2012]. 2.2 Material Naturgrus Det finns flera olika definitioner på naturgrus bland annat skriver SGU [2000] att Enlig lagen definieras naturgrus som naturligt sorterade jordarter som till övervägande del består av fraktionerna sand, grus, sten och block. Vidare skriver SGU [2000] Enligt SGU definieras naturgrus som sorterade jordarter som till övervägande delen består av fraktionerna sand, grus och sten och som i fråga om bildningssätt kan hänföras till någon av kategorierna isälvsavlagringar, svallsediment, älvsediment eller vindavlagrade sediment. Båda dessa definitioner på naturgrus skiljer sig från den geotekniska definitionen för grus där partikelstorleken enligt Axelsson [1998] begränsas till 2 60 mm. Bildandet av naturgrus inträffade i huvudsak när inlandsisen rörde sig över berggrunden för mer än år sedan. Ismassorna bröt då loss bergfragment som sedan togs upp av isen. På grund av isens rörelse och tyngd krossades och avrundades dessa bergfragment. När sedan isen började smälta bildades kraftfulla isälvar både under och inne i isen. Dessa älvar drog med sig allt från lerpartiklar till block som under transport avrundades och sorterades. När sedan hastigheten på vattnet avstannade avsattes efterhand de olika materialfraktionerna. På detta vis bildades olika isälvsavlagringar, där rullstensåsar är de vanligaste. En rullstensås är en långsträckt rygg som bildats i 8

24 Litteraturstudie isens rörelseriktning och består av sorterade fraktioner av bland annat block, sten och sand. Enligt Ericsson [1996] är det bland annat i dessa åsar som naturgruset avlagrats. Under tusentals år av rörelse och omlagring har naturgruset slipats av till relativt jämna och runda korn, se Figur 2-1. SBMI [2012] skriver att denna rörelse och omlagring även har gjort att kornen från naturgruset är mycket starka på grund av att alla svagare mineraler har nöts och tvättats bort under och efter den senaste istiden. Figur 2-1 Naturgrus efter [Wallins åkeri, 2013] Andra sätt som naturgrus bildats på är genom svallsediment, älvsediment eller vindavlagringar. Eftersom det inte nybildas något naturgrus räknas det som en ändlig resurs. Rullstensåsar fungerar idag som naturlig infiltration för regn- och ytvattnet samt som reservoar till grundvattnet. På flertalet ställen i landet är det brist på dessa reservoarer vilket bidragit till att man vill minska uttaget av naturgrus. År 1999 var uttaget av naturgrus i Sverige 22 miljoner ton. Målet är att komma ner till mellan 1 och 3 miljoner ton år Enligt rapporten Grus, sand och krossberg 2009, skriven av SGU [2012], låg uttaget av naturgrus år 2009 på 14,4 miljoner ton. [Cementa, 2012] & [SGU, 2000] Krossat bergmaterial Krossat bergmaterial är berg som lossgjorts, oftast genom sprängning, och som sedan krossats till önskad fraktion. Men det kan också vara restprodukter från gruvindustrin eller bygg- och anläggningsbranschen. Krossat bergmaterial har i allt högre grad börjat ersätta naturgrus och används idag i allt från 9

25 Litteraturstudie fyllnadsmaterial till ballastmaterial i betong, vägbankar med mera. I Figur 2-2 visas hur ett typiskt krossat bergmaterial ser ut. Beroende på hur fint material man behöver, krossas bergmaterialet i flera omgångar. Egenskaperna för ballasten bestäms främst av bergart, mineralsammansättning och mineralogi men även tekniken för sprängning och krossning spelar en viktig roll, [Cementa, 2012]. Figur 2-2 Krossat bergmaterial efter [Diö Entreprenad & transport, 2013] Lagerblad et al. [2011] skriver att vid krossning bestäms de krossade partiklarnas form av det ingående materialets mineralogi och textur. Ett enkelt exempel på detta är att om bergarten är skiffrig kommer även krossningen vara skiffrig. Även halten av glimmerpartiklar har betydelse för strukturen och formen på den slutliga krossprodukten. Cementa [2012] skriver att glimmerpartiklarna har flakiga korn vilket gör att strukturen på de krossade kornen är sträv och ojämn samt får en avlång och vass form Jämförelse mellan naturgrus och krossat bergmaterial Enligt Cementa [2012] är de största skillnaderna mellan krossat bergmaterial och naturgrus kornformen och kornytan, se Figur 2-1 och Figur 2-2. Kornformen och kornytan skiljer sig åt på så sätt att partiklarna i det krossade bergmaterialet har en mer kantig och rå yta än naturgrus [Lagerblad et al., 2011]. Anledningen till detta beror dels på att glimmerpartiklarna i berget vid krossning ger upphov till flisigt och strängligt krossat berg [Cementa, 2012] samt att krossat berg inte utsatts för den transport och avrundning som ett naturgrus gjort. 10

26 Litteraturstudie Lagerblad et. al. [2011] skriver att kornkurvan för krossat bergmaterial skiljer sig från den som naturgrus har eftersom den ofta har en annan partikelfördelning. Vilket gör att man ibland får sikta om materialet så kornfördelning anpassas till användningsområdet för materialet. Vidare skriver Lagerblad et al. [2011] att mängden finmaterial och fritt glimmer ofta är mycket större i krossat bergmaterial än i naturgrus. Lagerblad [2005] visar i försök på fraktion 0-2 att naturgrus oftast har en halt av finmaterial kring 5 % medan krossat bergmaterial har en halt över 10 %. Mängden fritt glimmer kan minskas i en fraktion genom tvättning eller vindsiktning, men att göra detta medför en kostnad. Viktig skillnad mellan materialen, ur packningssynpunkt, är att naturgrus rör sig lättare i och med sin jämna och rundade form. Detta medför att friktionen är lägre och att materialet kan packas med högre packningsgrad. För krossat bergmaterial blir det däremot tvärtom. De flakiga och sträva partiklarna hackar fast och spärrar varandra och packningsgraden blir i och med det lägre, [Lagerblad et al., 2011]. 2.3 Användningsområden för krossat bergmaterial Materialet som skall undersökas i detta examensarbete är ett krossat finfiltermaterial som är tillhandahållet av Vattenfall som används vid byggnation av vattenkraftsdammar. Krossat bergmaterial används i flera olika bygg- och anläggningskonstruktioner. Nedan följer exempel på konstruktioner där krossat bergmaterial används Vägbankar Vid vägbyggnation används krossat bergmaterial oftast till förstärkningslager eller som lätt bergbank. Om tillgång finns kan det också användas till fyllning i vägbankar. [Forssblad, 2000] Betong Ballastmaterial används till stor del i betong. Många rapporter har behandlat hur betong beter sig när naturligt kontra krossat bergmaterial används. Dessa rapporter har visat att när krossat bergmaterial används rör sig kornen sämre i betongen och betongen får svårare att flyta ut. Därför behövs betongreceptet 11

27 Litteraturstudie ändras, genom att tillsätta mer cement och vatten ökas flytegenskaperna. [Cementa, 2012] 2.4 Jordens uppbyggnad Man beskriver en jords uppbyggnad genom de tre faserna, fast substans, flytande substans och gasfas. I Figur 2-3a visas hur de tre faserna kan se ut i naturligt tillstånd medan det i Figur 2-3b visas när faserna är uppdelade var för sig. Mineraler, lerpartiklar och till viss del organiskt material utgör den fasta substansen som bildar jordskelett. Hålrummen som bildas mellan den fasta substansen är fyllda med porgas, porvatten eller bådadera. a) b) Figur 2-3 Förhållandet mellan jordens olika faser efter [Lambe & Whitman, 1969] Portal och porositet Portal anger förhållande mellan porvolymen V p och fasta fasens volym V s. ( 2-1 ) Men kan även uttryckas med kompakt-, ρ s, och torrdensitet, ρ d, ( 2-2 ) 12

28 Litteraturstudie Portalet brukar variera mellan 0,3 3,0 för lera och silt och mellan 0,15 0,9 för sand och grus. [Sällfors, 1996] Porositeten, n, anger förhållande mellan porvolymen Vp och totala volymen V. Uttryckt med andra ord betecknar porositeten porvolymens andel av den totala volymen och uttrycks då alltså i %. [Hansbo, 1975] & [Sällfors, 1996] Även porositeten kan uttryckas alternativt med densitet Förhållande mellan portal och porositet ser ut som följande ( 2-3 ) ( 2-4 ) ( 2-5 ) Porositet brukar variera mellan 25 och 75 % för lera och silt och mellan 15 och 45 % för sand och grus. Definitionen av torrdensitet, ρ d, ses i Ekvation (2-6). ( 2-6 ) Hansbo [1975] skriver att storleken på portalet och porositeten ger en bra uppfattning om jordskelettets stabilitet och styrka. 2.5 Fyllningsdammar Eftersom materialet som det utförts laboratorieförsök på, i detta examensarbete, är ett finfiltermaterial som används vid byggnation av vattenkraftdammar beskrivs dammkroppars uppbyggnad och funktionen för filtermaterialet framställs här. Typen av vattenkraftsdamm som kommer att beskrivas här är en fyllningsdamm. Fyllningsdammar kan förutom att användas till vattenkraftsdammar även användas till gruvdammar och invallningar. En fyllningsdamm är uppbyggd av flera olika material, se Figur 2-4. Längst in i dammkroppen finns tätkärnan. Tätkärnans uppgift är att förhindra att vatten 13

29 Litteraturstudie kan strömma genom dammkroppen. På grund av detta har materialet i tätkärnan krav på sig att det ska vara homogent och tätt. Täta material som används är ofta lera eller morän. Utanför tätkärnan befinner sig olika lager av filter. Det filter som ligger närmst tätkärna är ett finfilter. Finfiltret har till uppgift att förhindra inre erosion från tätkärnan, Kraftföretagens riktlinjer för dammsäkerhet, RIDAS [Svensk energi, 2012] Det är ett sådant finfiltermaterial som skall studeras i detta examensarbete. Utanpå finfiltret följer ett eller flera filter, vanligtvis ett mellanfilter och ett grovfilter, med ökade kornstorlekar som har till uppgift att förhindra erosion. Vidare följer ett lager stödfyllning och längs ut ligger ett lager av släntskydd som skyddar hela konstruktionen mot vågor, is och tjäle, [Vattenfall, 1988]. Figur 2-4 En fyllningsdamms olika delar. 1. Tätkärna; 2. Finfilter; 3. Mellanfilter; 4. Grovfilter; 5. Stödfyllning; 6. Injektering; 7. Ev. särskild yttätning; 8. Erosionsskydd; 9. Dammkrön; 10. Tåförstärkning efter [Svensk energi, 2012] Rönnqvist [2002] skriver att om en koncentrerad läcka uppstår genom tätkärnan ska filtret kunna täta till läckan. Filtren ska även vara dränerande så att det naturliga läckagevattnet kan dräneras och på detta sätt kan dammkroppens porvattentryck hållas begränsad Byggnation av dammar Vid byggnation av dammar sker utläggningen i horisontella lager med förutbestämda lagerhöjder. Vid tippning av materialet är det lätt att materialseparation sker i form av en rand med större stenar vid släntfoten. Om finfiltret ska bli stabilt får inte någon materialseparation ske eftersom materialets kornfördelning då kan förändras. Rönnqvist [2002] och Vattenfall [1988] skriver 14

30 Litteraturstudie att denna materialseparation kan undvikas dels genom att lägga ut materialet i tunnare lager, dels genom att tippa ut materialet 3-5m från lagerslänten och sedan fösa fram materialet mot kanten, se Figur 2-5. Packningsresultatet på finkorniga jordar påverkas mycket beroende på fuktigheten i materialet. I viss grad påverkas också grovkorniga jordar men inte i samma omfattning eftersom dessa dränerar vattnet bättre. [Hellman, 2011] Enlig ATB väg [2005] uppnås bästa packningsresultat när de olika lagren packas nära optimal vattenkvot (+/-1 %). För att vara säker på att vattenkvoten varit optimal under packningen är det viktigt att mäta vattenkvoten i nära anslutning till packningen, [Hellman, 2011]. Materialet bör även vara fuktigt vid utläggning, justering och transport för att minimera risk för materialseparation. Rönnqvist [2002] skriver att eftersom vatten fungerar som ett smörjmedel mellan partiklarna så ger ökad vattenkvot även ökad smörjning och de mindre partiklarna glider lättare in i hålrummen mellan de grövre partiklarna vilket leder till att omlagringen i kornskelettet sker lättare och materialet blir stabilare. Det som händer när vatteninnehållet ökar i materialet och uppnår en optimal vattenkvot är att när materialet packas så underlättar det arbetet genom att de mindre kornen lättare passar in i hålrummen som det större materialet bildar. [Hellman, 2011] Hellman [2011] skriver att skillnad som finns mellan krossat bergmaterial och naturgrus för just vattenkvoten är att naturgrus har en naturlig vattenkvot från täkten medan krossat bergmaterial är torra från krossprocessen. Därför behövs oftast vatten tillföras ett krossat material i större utsträckning än naturgrus. 15

31 Litteraturstudie Figur 2-5 Utläggning av material efter [Forssblad, 2000] För att undvika problem med till exempel materialseparation behövs kontroller av vattenkvot och materialkvalité under hela processen från täkt, upplag, transport till utläggning, [Hellman, 2011] Packning När ett material packas ska dess finmaterial förflyttas in i de tomma utrymmena som finns mellan de grövre fraktionerna. Rönnqvist [2002] skriver att detta endast kan ske när de krafter som utövar packningsarbetet övervinner friktionen som finns mellan jordpartiklarna. Williamsson [2010] skriver att när ett material packas förbi den fasta substansen volym oförändrad medan porernas volym minskar. För att kontrollera packningen på ett material finns olika parametrar som kan användas. En av dessa parametrar är packningsgraden, R D, som är förhållandet mellan torrdensitet och maximal torrdensitet vid tung stampning eller vibrering, Fagerström [1971]. Beräkning av packningsgraden ses i Ekvation (2-7). Enheten för packningsgraden är % där maximal packningsgrad motsvarar 100 %. Där: ( 2-7 ) 16

32 Litteraturstudie Fagerström [1971] skriver att ρ dmax endast hänförs till maximal torrdensitet vid laboratoriearbete som ger högst densitet därför får lätt stampning inte användas. Rönnqvist [2002] skriver att optimal packningsgrad fås vid optimal vattenkvot. Detta sker eftersom kvoten mellan massan för materialets fasta fas, m s, och den totala volymen, V, ger den största möjliga torra skrymdensiteten, ρ. Detta gäller vid ett bestämt packningsförfarande samt att vattenkvoten inte får avvika för mycket från den optimala vattenkvoten. Vidare kan man använda luftporhalten för att bedöma om ett material är tillräckligt packat eller inte, Svensk energi [2012]. Luftporhalten beskriver förhållandet mellan luftporvolymen och den totala volymen. För att beräkna luftporhalten behövs vattenkvoten och torrdensiteten, se Ekvation (2-8). ( 2-8 ) Svensk energi [2002] skriver att utifrån dammens känslighet för sättningar anpassas kravet på den maximala luftporhalten. Det maximala värdet brukar dock normalt vara 10 %. Dock kan hårdare krav gälla jorddammsarbeten, där SGF [2007] skriver att ett mer lämpligt maximalvärde är 7 %. I Figur 2-6 visas inom vilka gränser som en tätkärna av morän bör packas vid. Den övre gränsen begränsas av vattenmättnadsgraden medan den under begränsas av luftporhalten vid 10 %. På x-axeln redovisas gränserna för vilken vattenkvot materialet bör ha, där den nedre gränsen bestäms genom den optimala vattenkvoten vid tung laboratoriepackning och den övre gränsen bestäms så att bärighet för packningsredskapet fås. I Figur 2-6 är denna gräns w op +3%, [Svensk energi, 2012]. 17

33 Litteraturstudie Figur 2-6 Luftporhalt efter [Svensk energi, 2012] För att bestämma den optimala vattenkvoten, som är den vattenkvot som resulterar i optimal packning av materialet, används proctorpackning. Utifrån proctorpackningen får man fram torrdensiteten, ρ d, för olika vattenkvoter, w. Resultaten förs in i ett diagram där sedan optimal vattenkvot för bästa packningsresultat kan läsas av. I Figur 2-7 visas typiska packningskurvor för olika material. [Fagerström, 1971] Lambe & Whitman [1969] skriver att packningskurvan visar hur en ökad vattenkvot ger en ökad torrdensitet tills kurvan når en topp och torrdensiteten sjunker. Vid denna topp är vattenkvoten optimal och torrdensiteten maximal. 18

34 Litteraturstudie Figur 2-7 Exempel på packningskurvor för olika material efter [Forssblad, 2000] Materialseparation Om inte materialen i dammkonstruktionen läggs ut noggrant finns risk för att materialseparation uppkommer. Det som då kan ske är att materialet avviker från den bestämda kornfördelningskurvan vilket i sin tur leder till att den långsiktiga stabiliteten försämras. [Rönnqvist, 2002] Det har på senare år framkommit mer och mer hur viktigt det är att det inte uppstår separation vid byggnation av dammar. På grund av detta har flera laboratoriearbeten utförts. Där även nya sätt och index framkommit för att kunna jämföra och kontrollera att ingen materialseparation uppstår till exempel [Kenney och Westland 1993] och Shourijeh et al. [2007]. En av dessa parametrar som kan användas för att kontrollera separationsbenägenheten är S m värdet, (eng.) size modulus fritt översatt storleksmodulen. Genom att utgå från materialets kornfördelning kan materialets separationsbenägenhet bestämmas. om ( 2-9 ) [Shourijeh et al., 2007] om ( 2-10 ) 19

35 Litteraturstudie Baserat på S m -värdet kan tre klasser identifieras. Klass 1: S m <0 materialet är kraftigt separationsbenäget, vilket eventuellt kan leda till problem om inte konstruktionen kontrolleras noggrant. Klass 2: S m >0,25 svagt separationsbenäget, utesluter huvudsakligen segregationsrelaterade stabilitets problem. Klass 3: 0< S m <0,25 en mellanliggande zon. Kontroll av separation bör ske under byggtiden, dock är sannolikheten för problem inte lika stora som för klass 1. En annan parameter som kan användas för att bedöma om ett material är separationsbenäget eller inte är det relativa segregationsindexet, RSI. För att få fram RSI utförde Kenney och Westland [1993] försök med en roterande trumma. Vid RSI = 0 sker ingen segregation men vid RSI = 1 är segregationen fullständig. Hellman [2011] och Milligan [2003] skriver att kunskapen om materialegenskaperna för krossat bergmaterial måste utvecklas. Kunskapen som finns idag baseras främst på erfarenheter från naturgrus, men då förutsättningarna med krossat bergmaterial är annorlunda och ställer andra krav behöver kunskapen för krossat bergmaterial ökas. Milligan [2003] tycker framförallt att kunskapen inom materialseparation är allmänt dålig. I konstruktionsspecifikationer står det oftast oklara specifikationer som att materialet måste placeras utan att separation uppstår. Vid utläggning av materialet tenderar grövre storlekar att ackumuleras vid kontaktzoner mellan t.ex. tätkärna och finfilter. Vid packning av filtermaterialen i en dammkropp kan det vara svårt att packa så att man får ett homogent fyllningsmaterial. Vilket gör att det kan bildas områden i dammkroppen med skilda egenskaper. Dessa områden kan utgöra svaghetszoner där läckage och inre erosion kan förekomma. [Rönnqvist, 2002] Filterkriterier Funktionen för ett filter i en dammkropp är att förhindra erosion av finpartiklar från tätkärna samt tillåta dränage av läckande vatten. [Fell et al., 2005] Därför finns ett antal parameter som bör beaktas för att optimera funktionen i ett filter. 20

36 Litteraturstudie Man brukar skilja på nedströmssida och uppströmssida av en dammkropp. Normalt ställs högre krav på nedströmssidan eftersom erosion lättare uppkommer där. På grund av detta skriver Vattenfall [1988] att det är viktigare att filterkriterierna är uppfyllda på nedströmssidan än på uppströmssidan. Svensk energi [2002] har normer, som redovisas i Tabell 2-1, för att undvika uppkomst av materialseparation vid fyllning av filter. Tabell 2-1 Maximalstenstorlek hos filter för att förhindra materialseparation enligt [Svensk energi, 2012] Minimum D 10 för filtermaterial, mm Maximum D 90 för filtermaterial, mm <0,5 20 0,5-1,0 25 1,0-2,0 30 2,0-5,0 40 5,0 10, ,0 50,0 60 Enligt Svensk energi [2002] finns det även tre kriterier som definierar egenskaperna för att filtermaterial ska samverka med basmaterialet. Filtret ska vara avsevärt mer permeabel än basmaterialet Filtret ska uppvisa ett stabilt kornskelett Filtrets korngradering ska formmässigt efterlikna tätjordens korngradering Även Vattenfall [1988] och Svensk Energi [2002] skriver om ett antal parametrar som de anser optimera funktionen hos filter. Precis som Svensk energi [2002] skriver de att filtrets permeabilitet ska vara avsevärt högre än permeabiliteten för det jordmaterial från vilket vattnet strömmar, för att undvika att skadliga porvattentryck byggs upp i dammen. Även ett stabilt kornskelett är viktigt så att ingen partikelvandring inom filtermaterialet kan uppstå. För att förhindra transport av finmaterial från basmaterialet ska porerna i filtret vara så små att ingen transport kan ske, Svensk energi [2002]. Det finns även en del andra åtgärder som kan vidtas för att minska problem som kan uppstå i ett finfilter. Bland annat kan uppkomsten av en så kallad stenrand 21

37 Litteraturstudie minska i samband med utläggningen om den maximala stenstorleken begränsas, [Nilsson, 1995]. Enligt Vattenfall [1988] & Svensk energi [2002] begränsas den maximala kornstorleken i finfiltret enligt Tabell 2-1. Mencin [2008] skriver att filterkriterierna som är uppställda enligt RIDAS ska tillämpas strikt på nedströmsfiltret närmast tätkärnan samt bör i tillämpliga delar användas för övriga övergångszoner, exempelvis mellan filter och stödfyllning. Enligt Milligan [2003] ska ett bra filtermaterial ha en maximal storlek som inte är större än 75 mm och en maximal storlek D15 som är mindre än 0,7 mm, till och med i vissa fall mindre än 0,5 mm Inre erosion Problem som kan uppkomma i dammkonstruktion om inte materialet är korrekt hanterat och utlagt är inre erosion. Inre erosion uppstår när finkornigt material transporteras från tätkärnan in i eller förbi finfiltret. Om inre erosion uppstår kan det med tiden leda till kollaps av dammen [Fell et al., 2005]. Filterlagren mellan tätkärnan och stödfyllningen har därför en mycket viktigt funktion. För att motverka inre erosion är rätt konstruktion av filtren av största vikt. Om erosionen får fortsätta in i finfiltret ökar läckaget och därmed materialtransporten, när detta sker sjunker filtret ihop och sjunkgropar blir synlig på dammkrönet, se Figur 2-8. [Mencin, 2008] Figur 2-8 Sjunkhål orsakade av inre erosion efter [Fell et al., 2005] Enligt Nilsson [1999] sker en tredjedel av alla dammbrott i världen på grund av inre erosion. Dock har inget sådant dammbrott skett i Sverige. Det filter som 22

38 Litteraturstudie anses vara det viktigaste för att förhindra inre erosion är finfiltret närmst tätkärnan på nedströmssidan. För att ett finfilter ska kunna förhindra inre erosion är det viktigt att kornskelettet är utformat på så sätt att kornen låser varandra. I Figur 2-9 illustreras hur porsystemen ser ut för ett stabilt material respektive ett instabilt material. På den vänstra figuren är materialets porsystem tätt vilket förhindrar borttransport av finkornigt basmaterial, [Rönnqvist, 2002]. När kornkurvan är kontinuerlig fyller de mindre partiklarna upp hålrummen mellan de stora partiklarna och materialet blir stabilt. Figur 2-9 Till vänster visas ett material med stabil kornuppbyggnad. Till höger visas ett språnggraderat material med instabil kornuppbyggnad efter [Rönnqvist, 2002] I Figur 2-10 visas olika kornuppbyggnader av jordmaterial. Material a) är ett stabilt material, där alla korn är med och medverkar i kornskelettet. Material b) är ett instabilt material, med mindre lösa korn som kan transporteras bort från ett skelett av grövre korn (språnggraderad kurva). Material c) består av ett material med grova korn som ligger lösa i en massa av finkorniga och bakåtskridande erosion kan uppstå (flackt hägnade kurva). [Vattenfall, 1988] 23

39 Litteraturstudie a b c Figur 2-10 Olika kornskelett efter [Vattenfall, 1988] Vid dammbyggnation är det viktigt att bygga så att risken för inre erosion minskas. Avgörande faktorer för att inre erosion inte ska uppkomma är att materialen är rätt packade samt att materialet är månggraderad. Alltså bör kornfördelningskurvan vara linjär och ej spånggraderad. Enligt Rönnqvist [2002] finns det flera processer som kan orsaka inre erosion, ofta kan dessa processer verka tillsammans och på så sätt orsaka början och fortskridande till inre erosion. Två av processer dessa piping och suffusion. Piping Piping är en bakåtskridande erosion som börjar med att finare material borttransporteras, se Figur Med tiden kommer materialtransporten att ske längs en källådra [Vattenfall, 1988]. Piping kan förekomma i tätkärnan, grundläggningen eller mellan tätkärnan och grundläggningen. Figur 2-11 Bakåtskridande pipingförlopp efter [Fell et al 2005] Suffusion Suffusion sker i fyllningsdammar. Vid suffusion är det vatten som strömmar genom kornskelettet vilket omfördelar och vidaretransporterar lösa finpartiklar 24

40 Litteraturstudie så att fyllningen successivt mister sitt finmaterial. I Figur 2-12 visas hur finmaterialet borttransporteras från ett instabilt jordmaterial. Figur 2-12 Suffusion där finkornigt löst material transporteras bort efter [Rönnqvist, 2002] 2.6 Kornstorleksfördelning och analys av partikelstorlek För att klassificera ett jordmaterial är kornstorleksfördelningen ett viktigt underlag. Kornstorleksfördelning och formen på de enskilda kornen påverkar jordens geotekniska egenskaper. Genom siktning och sedimentationsanalys kan kornfördelningen bestämmas och redovisas i ett siktdiagram. Utifrån kornfördelningskurvan kan man utvärdera hur jorden är graderad. Exempelvis innehåller en flackare kurva fler fraktioner än en brantare, [Larsson, 2008]. Med hjälp av kurvan kan graderingstalet och krökningstalet räknas ut. Graderingstalet för kornfördelningskurvans lutning, C U, anges som ( 2-11 ) Där d 10 och d 60 motsvarar kornstorlekarna vid 10 respektive 60 procent passerad viktmängd. Craig [2004] skriver att desto högre värdet är på C U desto större är spridningen av partikelstorlekar i provet. Krökningstalet, C C, är ett mått på kornfördelningskurvans form inom området från d 10 till d 60 och beräknas enligt Ekvation (2-12). ( 2-12 ) 25

41 Litteraturstudie Jordar kan delas in i ensgraderade, mellangraderade, månggraderade eller språnggraderade. Indelningen bestäms av storleken på graderingstalet och krökningstalet, se Tabell 2-2. Tabell 2-2 Indelning efter korngradering [Larsson, 2008] Kornfördelning C U C C Månggraderad >15 1<C C <3 Mellangraderad 6 till 15 <1 Ensgraderad <6 <1 Språnggraderad Vanligen hög Ingen regel (vanligen <0,5) Enligt Axelsson [1998] kan en månggraderad jord erhålla mycket tät lagring på grund av att hålrummen mellan grövre partiklar fylls med finare partiklar. 2.7 Mineralogi En bergart består av flera sammanfogade mineraler. De olika mineralernas egenskaper bestämmer bergartens egenskaper. Mineralegenskaper som påverkar bergartens egenskaper är mineralens hårdhet, spaltbarhet, densitet och hårdhet. Där hårdheten och spaltbarheten räknas som det viktigaste. [Hellman et al., 2011] Hårdheten bidrar till de mekaniska egenskaperna medan spaltbarheten bildar svaghetsplan där mineralet lätt bryts ned. De mekaniska egenskaperna försämras för en bergart som består av glimmermineraler med hög spaltbarhet. Dessa svaghetsplan blir mest märkbara i grovkorniga bergarter med glimmermineral som endast har spaltbarhet i en riktning Fritt glimmer I krossat bergmaterial sker i allmänhet en anrikning av fritt glimmer i krossproduktens finfraktioner. Glimmerpartiklarna frigörs ofta genom mekanisk påverkan som till exempel krossning och packning av materialet. Lagerblad [2005] och Johansson [2008] skriver att mängden fri glimmer är störst kring siktfraktionen för 0,125 mm, se Figur I finfraktioner kan finmaterial, <0,125 separeras och tas bort från det övriga materialet genom tvättning. 26

42 Litteraturstudie Figur 2-13 Mängden fri glimmer i olika siktfraktioner efter [Lagerblad, 2005] Hellman et al. [2011] skriver att undersökningar har visat att en hög glimmerhalt försämrar packningen av materialet samt försämrar frost och tjälegenskaperna för materialet. 27

43

44 Laboratoriearbete 3 LABORATORIEARBETE I detta kapitel beskrivs val av material. Syftet med laboratoriearbetet har varit att öka förståelsen för hur materialet beter sig vid förändrat packningsarbete samt undersöka materialets separationsbenägenhet. 3.1 Val av material Materialet, som valts att studeras i denna studie, motsvarar ett typiskt finfiltermaterial som används i dammkonstruktioner och är dimensionerat för att placeras mot en tätkärnan bestående av finkornig morän. Materialet som undersökts i denna rapport är ett krossat finfiltermaterial som är hämtat från ett upplag vid Vittjärvs kraftstation som tillhör Vattenfall. Materialet kommer ifrån en täkt i Luleåområdet och bedöms i huvudsak bestå av granit Platsbesök Den 8 november gjordes ett platsbesök på Vittjärvs kraftstation där Vattenfall har ett upplag med finfiltermaterial. För att få ett material som inte varit utsatt för materialseparation grävdes delar av högen bort så man kom in till mitten av högen där ingen separation förekommit, se Figur 3-1. Materialet fylldes sedan i behållare som fraktades till LTU med ett personbilssläp. Alla behållare var av plast och hade lock som noggrant sattes på för att behålla den naturliga vattenkvoten. Totalt fylldes 10 behållare med sammanlagt 200 kg material. 29

45 Laboratoriearbete Figur 3-1 Hjullastare som tar ut ett representativt jordprov Hantering av materialet För att lättare kunna hantera materialet och erhålla representativa mängder att utföra prover på delades materialet in enligt följande. För större mängder av material har materialet hällts upp i en hög som sedan har plattats till och delats upp i fjärdedelar. Två diagonala fjärdedelar sparades och resten togs bort. Sedan skottades det sparade materialet ihop i en hög som plattas till och samma procedur sker igen, se Figur 3-2. Detta görs till man har så liten mängd material kvar att en delningsapparat kan användas. Stål [1972] skriver att materialets kornfördelning i princip inte förändras vid delningen. Figur 3-2 Delning av större mängder 30

46 Laboratoriearbete När materialet sedan är delat i sådana mängder att en delningsapparat kan använda hälls materialet i toppen av apparaten, apparaten delar upp materialet i två delar. Neddelning görs till man fått fram hanterbara mängder som det går att utföra prover på. I Figur 3-3 visas processen för delning i delningsapparat. Figur 3-3 Delningsapparat 3.2 Laboratoriemetoder Nedan kommer de olika försöksmetoderna att beskrivas Vattenkvot Bestämning av vattenkvoten har utförts enligt Svensk standard [1989]. Vattenkvoten har bestämts för materialet genom att beräknat ett medelvärde utifrån ett antal representativa prover. Proverna har först vägts i vått tillstånd. Vågen som använts har noggrannheten 0,01 g. Efter vägning har proverna torka i torkskåp (105 C) i 24 timmar. Därefter har provet vägts igen och vattenkvoten har beräknats med Ekvation (3-1). där ( 3-1 ) För att få reda på vattenkvoten som materialet hade på upplaget bestämdes vattenkvoten när materialet togs till laboratoriet. 31